Les composites bois-polymère 

Les composites bois-polymère 

Le bois

Le bois est un matériau composite naturel utilisé dans plusieurs applications. En raison de son origine biologique, il possède une structure extrêmement complexe à tous les niveaux hiérarchiques. Ses propriétés anatomiques, chimiques, physiques et mécaniques varient considérablement d’une espèce à une autre, dans une même espèce ou dans les différentes parties du même arbre (Mullins et McKnight 1981).
Le tronc d’un arbre est constitué d’un ensemble de couches concentriques . De l’intérieur vers l’extérieur, on distingue une partie centrale foncée appelée le duramen (bois de cœur), une partie périphérique plus claire appelé l’aubier et l’écorce qui est formé à son tour de deux couches ; l’écorce interne appelée liber sert à transporter la sève élaborée des feuilles aux racines et l’écorce externe joue le rôle de protection contre les éléments extérieurs (ex. dessiccation, attaques biologiques, mécaniques, etc.).
La croissance du bois est assurée par une couche mince située entre l’ aubier et l’écorce, appelée cambium qui est la partie la plus importante de l’arbre. Elle se traduit par l’apparition d ‘un cerne d’accroissement produit chaque année. Le  nombre de cernes permet ainsi de connaître l’âge cambial de l’arbre. Par division cellulaire, le cambium donne naissance au liber vers l’extérieur et au bois d’aubier vers l’intérieur du tronc (Navi et Heger 2005).Les cernes les plus anciens subissent des transformations physiques et chimiques : il s’agit du duramen ou bois de cœur. Ce dernier est constitué principalement de cellules mortes lignifiées qui représentent la masse principale du tronc. Il se trouve toujours au centre du tronc et résulte d’une transformation progressive de l’aubier. Cette transition est accompagnée par une augmentation de la teneur en extractibles, ce qui lui confère des propriétés différentes et uniques.

Les composites bois-polymère

Un matériau composite est défini comme étant une combinaison d’au moins deux matériaux non miscibles de natures et de formes différentes pour donner naissance à un produit hétérogène présentant des caractéristiques plus intéressantes que celles des constituants individuels (résistance mécanique, légèreté, rigidité, résistance à la corrosion, etc.). Dans un matériau composite, on peut distinguer la matrice qui constitue la base du matériau et le renfort présenté sous forme des arrangements de fibres qui sont noyés dans la matrice. L’adhésion entre ces deux matériaux est assurée par un agent de couplage . Les composites bois-polymère (CBP) suscitent un intérêt grandissant des scientifiques et des ingénieurs de matériaux. Ils présentent de multiples avantages ; faible coût de production, renouvelable avec un faible impact sur l’environnement, une bonne aptitude à la mise en forme et de bonnes performances mécaniques et diélectriques (Dhal et Mishra 2012). Ils sont généralement fabriqués à partir de matières recyclées, permettant ainsi la  valorisation des résidus du bois et des plastiques de post-consommation (CRIQ 2003). Grâce à ses avantages, les composites bois-polymère sont très attrayants et recommandés pour diverses industries telles que les industries de l’aérospatiale, de l’automobile, de la construction ou de l’emballage.

Matériau diélectrique

Les matériaux diélectriques peuvent être assimilés aux matériaux isolants.L’isolation électrique est rattachée à une grandeur physique mesurable appelée résistivité, qui s’exprime en ohms multiplié par l’unité de longueur (Q.m). À la différence d’un milieu conducteur, les matériaux diélectriques idéaux ne contiennent pas de charges libres dans leur volume car les atomes impliqués dans ces matériaux partagent leurs électrons et sont donc liés structurellement par des forces électriques. Ces charges liées ne sont pas susceptibles d’effectuer que de faibles déplacements par rapport à leur position d’équilibre.Les matériaux diélectriques sont regroupés en deux catégories selon la structure des charges dans la molécule. On trouve les diélectriques polaires constitués de molécules qui possèdent une distribution asymétrique. Dans ce cas, même en absence de champ électrique externe, la molécule possède un moment dipolaire permanent. L’eau pure étant la plus courante qui absorbe très fortement l’énergie de micro-ondes (Meredith 1998, Martinez-Vega 2010).Il existe une autre gamme de matériaux diélectriques présentant des caractéristiques non polaires qui possèdent une haute résistivité et qui ne se  chauffe pas de manière significative dans un champ micro-ondes. Ces matériaux sont caractérisés par un arrangement moléculaire symétrique du fait que les centres de gravité des charges positives et négatives coïncident avec le centre de symétrie, en absence du champ électrique. Ds sont employés dans de nombreux secteurs industriels tels que les domaines de l’électronique et de  l’électrotechnique. Les meilleurs isolateurs les plus courants sont le quartz, l’alumine, le polycarbonate, le polyéthylène et le polypropylène.

Polarisation diélectrique

La polarisation est un phénomène physique résultant de l’ application d’un champ électrique sur des charges électriques liées. Elle correspond à des modifications dans l’ organisation des charges électriques notamment par le déplacement des charges et la réorientation des dipôles électriques. En effet, le champ électrique pénètre au cœur du diélectrique et y induit une séparation des barycentres de charges positives et négatives, initialement confondus. Cela se traduit par la formation d’un dipôle électrique. Ainsi, ces dipôles induits tendent à s’orienter dans la direction du champ électrique Ë. Cette orientation dépend de la direction du champ électrique . Si le champ électrique varie, les dipôles changeront leur alignement afin de suivre les variations du champ.

Facteurs influençant les propiétés diélectriques des CBP

La combinaison du polymère et de la matière lignocellulosique engendre de nouvelles propriétés diélectriques du composite. Cependant, il y a très peu d’information disponible en ce qui concerne la caractérisation des propriétés diélectriques des CBP. Le comportement diélectrique de ces matériaux est influencé par plusieurs facteurs tels que la fréquence, la nature de la matrice, l’essence des fibres de bois et certainement la concentration massique des renforts dispersés dans la matrice polymérique.Les propriétés diélectriques dépendent fortement de la fréquence du champ électrique appliqué. Des études, effectuées sur une gamme de fréquence de 0,0 1Hz à 100 MHz ont montré que la constante diélectrique et le facteur de perte diminuent avec une fréquence croissante (Markiewicz et al. 2012).Les propriétés diélectriques des CBP varient également en fonction de la nature de la matrice. En comparant les résultats obtenus sur des échantillons contenant la même quantité de fibres de bois, mais avec différentes matrices, les différences dans les valeurs de E’, E » et tano sont plus importantes dans la gamme des basses fréquences. Notingher et al. (2010) ont constaté que les échantillons avec une matrice de polypropylène ont des propriétés supérieures que celles avec une matrice de polyéthylène. Ceci est probablement dû à une « compacité » supérieure dans le cas d’une matrice de polypropylène avec une interaction plus efficace entre les molécules de la matrice et les fibres de bois

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 :REVUE BIBLIOGRAPHIQUE 
1.1 Le bois
1.1.1Anisotropie du bois
1.1.2Classification du bois
1.1.2.1 Les résineux
1.1.2.2 Les feuillus
1.1.3 Composition chimique du bois
1.1. 3.1 La cellulose
1.1. 3. 2 Les hémicelluloses
1.1.3.3 La lignine
1.1.4 Hygroscopie du bois
1.2 Les composites bois-polymère 
1.2.1Généralités
1.2.2Les fibres de bois
1.2.3Les matrices thermoplastiques
1.2.4Les agents de couplage
1.2.5Les Procédés de fabrication des CBP
1.2. 5.1 L’extrusion
1.2.5.2 L’injection
1.2.5.3 La thermocompression
1.3 Caractérisation diélectrique des matériaux
1.3.1Matériau diélectrique
1.3.2Polarisation diélectrique
1.3.3Conduction
1.3.4Grandeurs caractéristiques des matériaux diélectriques
1.3. 4.1 La permittivité relative
1.3. 4.2 La constante diélectrique et les pertes diélectriques
1.3.4.3 La conductivité électrique
1.3.4.4 La puissance dissipée
1.3.4.5 La profondeur de pénétration
1.3.5 Applications des matériaux diélectriques
1.4 Facteurs influençant les propriétés diélectriques du bois
1.4.1Effet de la fréquence
1.4.2Effet de la teneur en humidité
1.4.3Effet de l’anisotropie du bois
1.5 Facteurs influençant les propriétés diélectriques des CBP
1.6 Originalité du travail 
CHAPITRE 2 :MATÉRIELS ET MÉTHODES
2.1Objectifs
2.2Les hypothèses de la recherche
2.3Méthodologie
2.3.1 Préparation des échantillons de bois
2.3.2 Élaboration des échantillons de composite bois-polymère
2.3.2.1 Matières plastiques utilisées
2.3.2.2 Préparation des fibres de bois
2.3.2.3 Mise en œuvre des composites
2.3.3 Mesure de l’humidité et de la masse volumique du bois
2.3.3.1 Mesure de la teneur en humidité
2.3.3.2 Mesure de la masse volumique
2.3.3.3 Mesure des propriétés chimiques du bois
2.3.4 Mesure des propriétés diélectriques
2.3.4.1 Principe de la méthode de spectroscopie diélectrique
2.3.4.2 Précision des mesures
2. 3. 4. 3 Dispositif expérimental
2.3.5 Analyse statistique des résultats
CHAPITRE 3 :RÉSULTATS ET DISCUSSION 
3.1 Caractérisation des propriétés diélectriques du bois
3.1.1 Effet de la teneur en humidité
3.1.2Effet de la fréquence
3.1.3Effet de l’anisotropie du bois
3.1.4Effet de la température
3.1.5 Effet de la masse volumique
3.1.6 Comparaison entre les propriétés diélectriques de l’aubier et du duramen
3.2 Caractérisation des propriétés diélectriques des composites bois-polymère 
3.3.1 Effet de la fréquence et de la teneur en fibres
3.3.2 Effet de la cellulose
CONCLUSIONS
Implications pratiques des résultats
Perspectives

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